中子彈的設計製造有多難？

原標題：中子彈的設計製造有多難？

中子彈的設計製造是在氫彈技術的基礎上，儘可能地減少裂變材料和儘可能地使聚變產生的高能中子易於穿出彈殼。中子彈和普通氫彈的區別是：（1）中子彈利用較少的裂變材料就能放出較多的能量，以滿足氘氚聚變反應所需的高溫；（2）普通氫彈用的聚變原料是固態氘化鋰-6，中子彈用的是氘氚混合氣體。因為氘和氚聚變反應所放出的中子比裂變反應所放出的中子多得多，而鋰可以吸收大部分中子；（3）在普通氫彈中，聚變反應放出的高能中子大多被吸收，用來產生氚和使包殼材料鈾-238裂變，這也是氫彈「臟」的原因，而中子彈產生的中子大部分穿出彈體被釋放出來。

中子彈剖面示意圖

氫彈（左）與中子彈（右）結構比較，中子彈少了一層鈾-238外殼

中子彈的核燃料是氘、氚，在常溫下呈氣體狀態，因此要保持氘、氚呈液態就必須有低溫裝置，美國《紐約時報》曾透露過中子武器的機密部件「儲氚器」，它是中子彈的心臟，其密度很大，而且容易加工。由於氘和氚容易被空氣中的氫置換，也容易和空氣中的氧發生反應生成氘水（重水）和氚水（超重水），所以儲氚器的材料應在沒有空氣的真空中貯存。由於氚衰變放出β射線，然後變成氦-3氣體，使儲氚器內部壓力不斷增大，所以儲氚器要耐高壓、耐β輻射。因為隨著儲存時間增加，氦-3氣體越來越多，內部壓力越來越大，所以到一定時間之後，儲氚器要更換維修。

氘氚聚變反應示意圖

中子彈以氘氚混合物為燃料，製造一枚1 000噸TNT當量的中子彈需要消耗5克氘。關於原料氚，理論上只需7.224克氚，但因為考慮到氚的利用率，一枚中子彈的用氚量要遠大於這個數，僅製造環節就需要12.5克氚。氚在自然界中的存量極少，丰度極低，地球上天然氚的總量僅有約3.6千克，主要以氧化物的形式存在於水環境中，且不可能進行提取、回收與利用。中子彈所用的氚都是通過人工製造的，主要是在反應堆中使鋰-6吸收中子變成氚和氦。生產中要先將含鋰-6的靶材氫化鋰、碳酸鋰或鋰鎂合金等做成適合在反應堆中輻照的元件，經中子輻照後，有的鋰-6變成了氚和氦。然後將含有氚的鋰-6元件熔解，去除氦、氮、氧等雜質，再提取氚。該生產工藝要在反應堆中燒掉鈾-235或鈈-239，一個生產聚變材料的核反應堆，平均要消耗掉5個鈾-235原子才能產生一個氚原子，也就是要消耗掉392千克鈾-235才能生產一千克的氚。所以氚的售價非常昂貴，即使在產量已經非常大的今天，1克氚也要30 000美元左右，比高濃度的鈾-235或鈈-239貴幾十倍。另一方面，氚的半衰期僅有12.33年，它以每年5.47%的比率發生β衰變，且衰變產物氦-3能夠吸收中子，進而降低中子彈的中子產量、減小威力，因此需要及時補充氚，這使得中子彈的製造和維護十分昂貴。一枚1 000噸TNT當量的中子彈比一枚10 000噸TNT當量的原子彈花費要高得多。根據美國能源與環境研究機構所提供的報告顯示，從1955年到1996年，美國共生產了225千克的氚，但由於氚的衰變，到1996年，僅僅剩下了75千克。

中子彈爆炸過程示意

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